Bài giảng Tĩnh điện học - Phần III: Điện dung và tụ điện - Đại học Quốc gia TP.HCM

Nội dung text: Bài giảng Tĩnh điện học - Phần III: Điện dung và tụ điện - Đại học Quốc gia TP.HCM

1. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa PHẦN III: 1
2. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Nội dung v Điện dung v Tụ điện phẳng ỉ Khỏi niệm ỉ Tụ điện phẳng 1 Farad v Năng lượng của tụ điện v Ghộp nối tụ ỉ Ghộp song song ỉ Ghộp nối tiếp 2
3. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Điện dung của vật dẫn cụ lập Q(Coulomb C()Fara = V()Von Điện dung vật dẫn cụ lập là điện tớch cần thiết cung cấp để điện thế vật dẫn tăng lờn một vụn 3
4. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Điện dung tụ điện Đ Tụ điện được định nghĩa là một hệ thống gồm hai hay nhiều vật dẫn được gọi làcỏc bản của tụ điện đặt cỏch điện với nhau. Đ Điện dung C của một tụ điện được định nghĩa là thương số giữa độ lớn điện tớch của cỏc tụ điện vàgiỏ trị tuyệt đối của hiệu điện thế giữa cỏc Surface = A bản tụ. 4
5. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Điện dung (tt) Đ Khỏi niệm vàkớ hiệu Q V1 V2 (> V1) Q = C(V2 -V1) C QQổử C º=ỗữ U=DV : HĐT UVốứD ĐĐ ĐơĐơnn vvịị:: FFaarraa (F)(F) –– 11 FF == 11 CC // VV –– FFaarraa ththỡỡ rrấấtt llớớnn Đ Ta thường gặp àF (10-6 F) hay pF (10-12 F) 5
6. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Tụ điện phẳng ỉĐiện dung của tụ điện phụ thuộc vào dạng hỡnh học của tụ điện ỉ Với một tụ điện phẳng, những bản tụ là những mặt phẳng song song được ngăn cỏch nhau bằng điện mụi ở Surface = A khoảng cỏch làd. 6
7. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Tớnh C của tụ điện phẳngVA z +QA A e sA s -Q d E = B e0 0 sB=- sA VB A σ e Tớnh V -V A A B dV = -Eìdz đũ dV = -( - )ũ dz B ε 0 0 σ A V ( e) -V ( 0) = V A -V B = d A ε 0 C = ε o QA QA d d σ A = đ VA -VB = 7 A A ε 0 Hằng số điện mụi 7
8. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Điện dung của tụ cầu và trụ RR12 C = 4πεε 0 RR21- l C = 2.πεε 0 R ln 2 R1 8
9. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Tụ điện phẳng 1 Farad Giả sử tụ điện phẳng cú điện dung là 1 Fara với khoảng cỏch hai bản tụ là d= 1 mm 1. Diện tớch mỗi mặt phẳng là bao nhiờu ? 2. Nếu chỳng ta cho hiệu điện thế giữa hai bản tụ là 2V, điện tớch màchỳng sẽ tớch được làbao nhiờu? A Cd C = ε Û A = Giải : 1) 0 d ε 0 9
10. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Tụ điện phẳng 1 Farad (tt) 1´10 -3 A = =1,13.10 8 m 8,85.10 -12 Điều này tương ứng với một bản tụ là10km vuụng !! Khẳng định : Fara là một đơn vị rất lớn 2) Q = CV =1´ 2 = 2C 10
11. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Năng lượng tụ điện ỉ Tụ điện chứa điện tớch. ỉ Chỳng ta phải thực hiện cụng để tớch điện cho tụ. ỉ Cụng này làm tăng thế năng của bản tụ. Như vậy tụ tớch trữ năng lượng. Như vậy ta cần thực hiện một cụng bằng bao nhiờu để tớch điện cho tụ? 11
12. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Năng lượng tụ điện (tt) Gọi q là điện tớch của tụ dưới hiệu điện thế làU. Ta cú: q U = C Cụng dw màchỳng ta phải cung cấp để tăng một lượng điện tớch dq được cho bởi: q dW==Udqdq C 12
13. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Năng lượng tụ điện (tt) Như vậy cụng toàn phần sẽ thực hiện là: Q 1 Q 2 W = ũ dW = ũ q dq = C 0 2C Năng lượng thế năng được dự trữ cho tụ chớnh làcụng mà ta thực hiện để tớch được cho tụ một điện tớch làQ Q2 EP=W===11CU2 QU 2C 22 13
14. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Năng lượng tụ điện (tt) NNăăngng llượượngng đđiiệệnn trtrườườngng đđịịnhnh xxứứ ttrroonngg kkhhụụnngg ggiiaann ththểể ttớớcchh V:V: 1 W= w.dV 2 ũ e wEe = εε0 V 2 we là mật độ năng lượng điện trường tại một điểm 14
15. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Ghộp tụ song song + •Song song _ V C1 C2 C1 lấy một điện tớch Q1 = C1 V. C2 lấy một điện tớch Q2 = C2 V. Chỳng ta cú thể thay chỳng bằng một tụ điện tương đương + + (Q1+Q2) V Ceq _ –(Q1+Q2) 15
16. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Ghộp tụ song song (tt) + + (Q1+Q2) V Ceq _ –(Q1+Q2) Ceq = (Q1 + Q2) / V = C1 + C2 Mắc song song – Điện dung được cộng lại. 16
17. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Ghộp tụ nối tiếp +Q -Q + +Q U C C2 _ 1 -Q Q = Q 1 2 U + U = U Định luật bảo toàn điện tớch! 1 2 +Q -Q + +Q U C , U C2 U2 _ 1 1 -Q U1 = Q / C1 U2 = Q / C2 U= U1 + U2 17
18. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Ghộp tụ nối tiếp (tt) Chỳng ta cú thể thay bằng một mạch tương đương + +Q Ctđ = Q / U V U, C _ tđ -Q Q 1 1 1 Ctđ = = + Q / C1 + Q / C2 Ctd C1 C2 Nghịch đảo của điện dung tương đương bằng tổng của nghịch đảo những điện dung thành phần 18
19. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Kết thỳc cốt lừi Những vấn đề quan trọng cần nắm trong phần này: Q C = ỉ Điện dung vật dẫn cụ lập: V Q ỉ Điện dung tụ: C = U ỉ Năng lượng của điện trường. W= w.dV 1 2 ũ e wEe = εε 0 V 2 19
20. Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bỏch khoa Kết thỳc cốt lừi Những vấn đề quan trọng cần nắm trong phần này: ỉ Ghộp tụ ỉSong song: ỉU1=U2= =Un ỉC=C1+C2+ +Cn ỉQ=Q1+Q2+ +Qn ỉNối tiếp ỉQ1=Q2= =Qn ỉU=U1+U2+ +Un ỉ1/C1=1/C1+1/C2+ +1/Cn 20